인쇄 회로 기판(PCB)은 대부분의 현대 전자 기기의 기판으로, 다양한 지점을 연결하는 선과 패드가 있습니다. 작은 기판이라도 그 제조 공정은 매우 복잡하고 정밀합니다. 여기서는 사진과 동영상을 통해 PCB 제조 공정을 단계별로 소개합니다.
1단계: PCB CAD 파일
PCB 생산의 첫 번째 단계는 PCB 레이아웃을 정리하고 확인하는 것입니다. PCB 제조업체는 PCB 설계 회사로부터 CAD 파일을 받아 통일된 형식인 Extended Gerber RS-274X 또는 Gerber X2로 변환합니다. 각 CAD 소프트웨어는 고유한 파일 형식을 가지고 있기 때문입니다. 그런 다음 전자 엔지니어가 PCB 레이아웃이 제조 공정에 부합하는지, 결함이 있는지 등을 확인합니다.
집에서 PCB를 만들 때는 레이저 프린터로 PCB 레이아웃을 종이에 인쇄한 다음 동박 적층판에 전사할 수 있습니다. 인쇄 과정에서 프린터가 잉크 부족이나 끊김 현상이 발생하기 쉬우므로 유성 펜으로 수동으로 잉크를 보충해야 합니다.
그러나 공장에서는 일반적으로 사진 제판 방식을 사용하여 PCB 레이아웃을 필름에 인쇄합니다. 다층 PCB인 경우 각 층의 인쇄된 레이아웃 필름이 순서대로 배열됩니다.
그런 다음 필름에 정렬 구멍을 뚫습니다. 정렬 구멍은 매우 중요하며 PCB 재료의 층을 정렬하는 데 필수적입니다.
2단계: 제판
동판을 세척합니다. 먼지가 있으면 최종 회로에서 단락 또는 개방 회로가 발생할 수 있습니다.
아래 그림은 8층 PCB의 예로, 실제로는 3개의 동박 적층판과 2개의 동박으로 구성되며 프리프레그로 접합됩니다. 생산 순서는 중간 기판(4층 및 5층 회로)부터 시작하여 차례로 적층한 후 고정합니다. 4층 PCB의 생산도 유사하며 코어 기판과 두 개의 동박을 포함합니다.
3단계: PCB 내층
먼저 중간 코어 기판의 2층 회로를 만듭니다. CCL을 세척한 후 표면에 감광 필름을 덮습니다. 필름은 빛에 의해 경화되어 동박 위에 보호막을 형성합니다.
2층 PCB 트레이스 필름과 양면 동박 적층판을 상부 PCB 트레이스 필름에 삽입하여 상하 PCB 트레이스 필름의 정확한 적층을 보장합니다.
기계가 UV 램프로 동박 위의 감광 필름을 조사합니다. 투명 필름은 빛에 의해 경화되고 경화되지 않은 감광 필름은 남아 있습니다. 경화된 필름 아래에 덮인 동박은 PCB 레이아웃에 필요한 것으로, 수동 PCB용 레이저 프린터 잉크의 역할과 같습니다. 또한 검은 필름으로 덮인 동박은 부식되고 경화된 투명 필름은 보존됩니다.
알칼리 용액으로 경화되지 않은 감광 필름을 세척하면 경화된 필름이 원하는 동박 회로를 덮게 됩니다.
그런 다음 NaOH와 같은 강염기를 사용하여 불필요한 동박을 에칭합니다.
경화된 감광 필름을 벗겨내어 원하는 PCB 레이아웃의 동박을 노출시킵니다.
4단계: 기판 및 검사
코어 기판이 성공적으로 제작되었습니다. 그런 다음 다른 재료에 쉽게 접근할 수 있도록 정렬 구멍을 뚫습니다.
코어 기판이 다른 재료와 적층되면 수정할 수 없습니다. 따라서 PCB 검사는 매우 중요합니다. 기계가 PCB 레이아웃과 자동으로 비교하여 오류를 찾습니다.
PCB 기판의 처음 두 층이 제작되었습니다.
5단계: 적층
여기서 프리프레그라는 새로운 원자재가 소개됩니다. 이는 코어 기판(PCB 층 > 4)과 코어 기판 및 외부 동박 사이의 접착제 역할을 하며 절연 역할도 합니다.
하부 동박과 두 층의 프리프레그가 배선 구멍과 하부 철판을 통해 미리 고정되고, 완성된 코어 기판도 배선 구멍에 배치되며, 마지막으로 두 층의 프리프레그, 한 층의 동박, 한 층의 베어링 압력 알루미늄판이 코어 기판을 덮습니다.
작업 효율을 높이기 위해 공장은 세 개의 서로 다른 PCB 기판을 함께 적층한 후 고정합니다. 상부 철판은 자력으로 흡착되어 하부 철판과 쉽게 정렬됩니다. 위치 결정 핀을 삽입하여 두 층의 철판이 성공적으로 정렬되면 기계가 철판 사이의 공간을 최대한 압축한 다음 못으로 고정합니다.
철판으로 고정된 PCB 기판을 홀더에 놓은 다음 진공 열 프레스로 보내 적층합니다. 고온이 프리프레그의 에폭시를 용융시키고 압력 하에서 코어와 동박을 함께 고정합니다.
접합 후 PCB를 누르는 상부 철판을 제거합니다. 그런 다음 베어링 압력 알루미늄판을 제거합니다. 알루미늄판은 서로 다른 PCB를 분리하여 PCB 외층의 동박 평탄도를 보장하는 역할도 합니다. 마지막으로 이때 꺼낸 PCB는 매끄러운 동박으로 덮여 있습니다.
6단계: 구멍 뚫기
그렇다면 PCB에서 서로 접촉하지 않는 4층의 동박을 어떻게 연결할까요? 먼저 PCB에 관통 구멍을 만든 다음 구멍 벽을 금속화하여 전기를 전도시킵니다.
펀처에 알루미늄 층을 깔고 그 위에 PCB를 놓습니다. 드릴링은 비교적 느린 공정이므로 효율성을 높이기 위해 PCB 층 수에 따라 1~3개의 동일한 기판을 서로 겹쳐 구멍을 뚫습니다. 마지막으로 최상단 PCB 위에 알루미늄 층을 덮습니다. 상하 알루미늄판은 드릴링 시 PCB의 동박이 찢어지는 것을 방지합니다.
다음으로 컴퓨터에서 올바른 드릴링 프로그램을 선택하기만 하면 나머지는 드릴링 머신이 자동으로 수행합니다. 드릴 비트는 공기압으로 구동되며 최대 속도는 150,000rpm에 달할 수 있습니다. 이렇게 높은 속도는 구멍 벽의 평탄도를 보장하기에 충분합니다.
드릴 비트 교체도 기계가 프로그램에 따라 자동으로 수행합니다. 가장 작은 드릴 비트는 직경 100미크론까지 가능하며, 사람 머리카락의 직경은 150미크론입니다.
이전 공정에서 용융된 에폭시가 PCB 밖으로 압출되었으므로 잘라내야 합니다. 여기서 카피 밀링 머신이 올바른 XY 좌표에 따라 PCB의 주변을 절단합니다.
7단계: 구멍에 구리 화학적 석출
거의 모든 PCB 설계가 서로 다른 층의 배선을 연결하기 위해 스루홀을 사용하므로, 좋은 연결을 위해서는 홀 벽에 25마이크론 두께의 구리 필름이 필요합니다. 구리 필름의 두께는 전기 도금을 통해 달성해야 하지만, 홀 벽은 비전도성 에폭시 수지와 유리 섬유 기판으로 구성되어 있습니다. 따라서 첫 번째 단계는 화학 증착을 통해 PCB 전체 표면에 1마이크론 구리 필름을 형성하여 홀 벽에 전도성 물질 층을 증착하는 것입니다. 화학 처리, 세척 등의 전체 공정은 기계에 의해 제어됩니다.
다음으로, PCB 외부 층을 구리 호일로 전사합니다. 이 공정은 이전 PCB 내부 코어 기판의 전사 원리와 유사합니다. PCB 레이아웃은 포토프린팅 필름과 감광 필름을 통해 구리 호일로 전사됩니다. 유일한 차이점은 포지티브 필름을 보드로 사용한다는 점입니다.
앞서 설명한 내부 PCB 레이아웃 전사는 네거티브 필름을 보드로 사용하는 차감 방식을 사용합니다. PCB는 경화된 감광 필름으로 덮여 회로가 되고, 경화되지 않은 필름은 세척됩니다. 노출된 구리 호일이 에칭된 후, PCB 레이아웃 회로는 경화된 필름에 의해 보호됩니다. 외부 층 PCB 레이아웃 전사는 일반적인 방법을 채택하며, 포지티브 필름을 보드로 사용합니다. 비회로 영역은 PCB에 경화된 감광 필름으로 덮입니다. 경화되지 않은 필름을 세척한 후 전기 도금을 수행합니다. 필름이 있는 곳은 도금할 수 없고, 필름이 없는 곳은 구리로 도금한 다음 주석으로 도금합니다. 필름을 제거한 후 알칼리 에칭을 수행하고 마지막으로 주석을 제거합니다.
세척된 PCB를 구리 호일 양면에 라미네이터에 넣고 감광 몰드를 구리 호일 위에 압착합니다.
인쇄된 상하 PCB 레이아웃 필름을 구멍을 통해 고정하고 PCB 기판을 중간에 배치합니다. 그런 다음 투광 필름 아래의 감광 필름이 UV 램프 조사에 의해 경화되며, 이는 유지해야 할 회로입니다.
불필요하고 경화되지 않은 감광 필름을 세척한 후 PCB 기판을 검사합니다.
PCB를 클립으로 고정하고 구리 도금을 합니다. 앞서 언급했듯이 홀의 충분한 전도성을 보장하려면 홀 벽에 도금된 구리 필름의 두께가 25마이크론이어야 하므로, 전체 시스템은 정확성을 보장하기 위해 컴퓨터에 의해 자동으로 제어됩니다.
구리 필름이 전기 도금된 후, 컴퓨터는 얇은 주석 층을 전기 도금하라는 지시를 내립니다. 그런 다음 구리와 주석 도금 두께가 올바른지 확인합니다.
다음으로, 완전 자동화된 조립 라인이 에칭 공정을 완료합니다. 그런 다음 PCB에 경화된 감광 필름을 세척합니다.
그런 다음 강알칼리를 사용하여 덮고 있는 불필요한 구리 호일을 세척합니다.
마지막으로, 주석 제거 액체를 사용하여 PCB 레이아웃의 구리 호일에서 주석 도금 층을 벗겨냅니다. 세척 후, 4층 PCB 레이아웃이 완성됩니다.
